2012年8月29日 星期三

LCD規格心得整理

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液晶顯示器(英語:Liquid Crystal Display,常簡稱為LCD)為平面薄型的顯示裝置,由一定數量的彩色或黑白畫素組成,放置於光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗低,因此倍受工程師青睞,適用於使用電池的電子裝置。

尺寸
螢幕對角線長度 單位:吋(2.54公分)

比例
常見有
4:3
16:9
16:10
舊式螢幕都是4:3接近正方形的形狀,像CRT映像管螢幕,現在市場大多為寬螢幕了,雖然16:10最接近黃金比例(約等於1.618),但目前HD影片解析度比例卻是16:9(1280x720,1920X1080),在16:10螢幕顯示便會出現上下黑條 ,無法剛好填滿,由於這個緣故看ptt討論就分成兩派,一派喜歡螢幕比例不介意黑條,一派則是偏好影片剛好填滿螢幕,不過現在市場幾乎都是16:9,要找16:10的話挑選就辛苦些了。

解析度












[1]



基本解析度根據上述比例可以分為以下幾類:

4:3
  • 640x480 (VGA)
  • 800x600 (SVGA)
  • 1024x768 (XGA)
  • 1600x1200 (UXGA)
  • 2048x1536 (QXGA)
16:9

  • 1280x720 (720p) 
  • 1920x1080 (1080p)
16:10
  • 800x480 (WVGA)
  • 1024x600 (WSVGA)
  • 1280x800、1366x768 (WXGA)
  • 1440x900 (WXGA+)
  • 1680x1050 (WSXGA+)
  • 1920x1200 (WUXGA)
  • 2560x1600 (WQXGA)
點距(Dot pitch)
點距指屏幕上相鄰兩個同色像素單元之間的距離,即兩個紅色(或綠、藍)像素單元之間的距離。[2]

一般計算公式:
對角線尺寸/根號(解析度長平方+解析度寬平方) 單位: mm
以目前使用21.5吋的螢幕來計算的話就是
21.5*2.54/((1920^2+1080^2)^0.5) = 0.02479... cm
約等於0.248 mm 與產品規格相同,看討論說點距越小畫面越細膩,但在字體呈現上似乎會過小,閱讀會有困難,這點就不清楚了,不過基本點距選擇應該還是愈小愈好。

真實亮度(Brightness)
單位: cd/m^2 

亮度(Luminance),每單位平方公尺上的發光強度(candela),單位又可以(nit)表示。
與流明(Lumen)的單位換算 cd = lm/sr ,目前21.5吋的螢幕亮度為250 cd/m^2,一般投影機
大概都上千以上。

真實對比(Contrast Ratio)
顯示器中白色與黑色亮度的比值,比值愈大代表顯示層次愈豐富。

動態對比

正常的對比計算是採畫面能夠顯示的最亮跟最暗相加之後跟相減值互除,目前比較常看到的標示方式則是標示螢幕最亮跟最暗的比值。

因為對比值受限於面板顯示 能力,當LCD面板決定時,大多數的對比值就已確定,這時只能透過調整晶片轉換對應或是背光燈管的亮度來改變對比值,不過這種調整方式雖然可以增加可顯示階調,但「同一時間」內的可顯示階調數目並沒有增加,並不是實際上的顯示能力變多,而是一個權宜的辦法,目前動態對比技術如LG.Philips的DFC (Digital Fine Contrast)跟NEC的Advanced DVM,使用的技術都是「階調對應最佳化」的一種,利用調整亮度的方式來增加可以顯示的對比。

除了上述的動態亮度調整之外,動態對比技術還會利用晶片判斷現在顯示的畫面階調大多落在哪一個部份,然後即時的將目前階調作最佳對應到螢幕顯示上,並且透過調整背光亮度,來創造更多階調顯示能力, 可是如同前面所說,一個動態對比2000:1、靜態對比700:1的螢幕在同一個畫面下的對比能力是700:1,而2000:1這個標示純粹是拿亮度全開的最亮值跟亮度最暗的最暗值計算出來的,對於實際顯示上並沒有太大的意義。[3]


面板種類
常見有 TN/VA/IPS,以下說明轉載自[3]

TN
TN液晶面板的技術最早,也最純熟,所以良率較高,價格較低的優勢,主要應用於入門和進階等級的產品。

早期可視角度很小的TN技術,可視角最大只到90度而已,但在面板上增加一層轉向膜,將可視角度提升到140度左右,成為了一種視角較廣的產品,所以嚴格說起來,TN也算是一種廣角技術。

但是就技術面而言,TN不是最好的廣視角解決方案,但它卻是最簡單的方法,而且產品良率極高,加上TN的技術是公開的,製造廠商不用支付昂貴的授權及研發費用就可以製造生產,因此TN在成本上極具優勢,這就是為什麼TN面板之所以普及且便宜的原因。

既然TN是一種廣角技術,為何我們還要將它視為窄視角呢?原因在於,TN和下面其他的技術來比,其視角仍然偏低,所以仍舊被歸類在窄視角的技術。

從螢幕色彩方面來看,TN實際所能產生的色彩十分有限,最大螢幕色彩只能達到16.2 Million。

VA
MVA是較早投入應用的廣視角液晶面板,由日本富士通公司開發。它的全名為Multi-domain Vertical Alignment,是一種「多象限垂直配向技術」或稱做「畫素分割垂直配向」。

MVA是利用突出物使液晶靜止時,而非傳統的垂直配向,而是偏向某一個角度靜止,當施加電壓讓液晶分子改變成水平以讓背光通過得更為快速,如此便可以大幅縮短顯示時間,也因為突出物改變液晶分子的配向,讓視野角度更為寬廣。

MVA最早以快速反應時間為其最大優點,因為當時的液晶顯示器的反應時間高達50ms以上,而MVA以其優勢做到25ms左右,這在當時,已經是液晶顯示器的一大進步。

由於面板授權的緣故,目前奇美電子、友達光電等面板廠商均採用了這項技術,由於廣受台廠的支援,市場中採用這類面板的顯示器和液晶電視為數不少,同時,由於生
產廠家多,產量大,所以價格相對較為便宜。

經過技術改良的MVA被稱為之P-MVA,這種面板保留了MVA優點的同時,也可以透過各種增壓晶片達到較高的反應時間。

目前MVA面板是採用最廣泛的廣角LCD面板。

PVA則是南韓三星(Samsung)獨家生產的一種面板類型,它是在富士通MVA面板的基礎上,應用了更進一步的發展和技術提昇,是一種圖像垂直調整技術,該技術直接改變液晶單元結構,讓顯示效能大幅提升以獲得優於MVA的亮度與對比度,早期的PVA反應時間和MVA一樣都是25ms。而後,南韓三星在PVA基礎上又推出了改良型的S-PVA,可視角度總算達到了170度,配合加壓晶片,S-PVA的反應時間已經提高到灰階水準,而對比度也超過700:1的水準了。

由於此技術未對外授權,S-PVA和PVA只有南韓三星自家生產,不過憑藉著三星強大的面板產能,S-PVA在市場中也佔據了不少的產品。

IPS
IPS是日本日立公司開發的液晶顯示技術,它也是目前主要的一種液晶面板類型。IPS通過液晶分子平面切換的方式來改善視角,利用空間厚度、摩擦強度並有效利用橫向電場驅動的改變讓液晶分子做最大的平面旋轉角度來增加視角;在製造上不須額外加入補償膜,顯示視覺上對比也很高。在視角的提升上可達到160度,反應時間縮短至40ms以內。所以IPS液晶面板具有可視角度大、顏色細膩等優點,看上去比較透徹不過在反應時間的表現上,以及對比度上,則較為緩慢,無法有效提高對比與反應時間,則是IPS面板較為詬病,比較明顯的缺點。

早期的IPS已經成功達到了較好的可視角度,而S-IPS則為第二代IPS技術,它又引入了一些新的技術,以改善IPS模式在某些特定角度有灰階逆轉的現象。目前世界上最大的液晶製造商LG-Philips(LPL)主打的技術就是IPS和S-IPS兩者,因此S-IPS被廣泛應用於液晶電視等領域,而LCD利潤較低,所以很少採用S-IPS。

總而言之,TN的優勢在於便宜,至於性能則沒有後面三種來得好。廣角面板雖然效能好,但技術開發費用高昂,同時產品良率較低,要想在成本上勝過TN技術比較困難。

可視角度
垂直或水平能清晰看見螢幕上顯示內容的角度。

真實反應時間(Tr+Tf)
一個像素從全亮變到全暗再從暗變到亮的時間,單位為毫秒(ms),
Tr(Time rising):全亮到全暗
Tf(Time falling):全暗到全亮
GTG(Gray To Gray):灰階到灰階
計算方式 Tr+Tf

反應時間愈長代表影像愈容易出現殘影,以人體視覺來說一般反應時間在16ms以下就不會出現殘影,但大部分規格顯示的反應時間都不是gtg而是全黑全白的變化,真正要判定的反應時間應以gtg為主。

顯示顏色數
依規格推算應該是 解析度長X解析度寬X8,試算 1920X1080X8 = 16,588,800,
規格顯示則為 16.7million,雖然不太瞭解意思不過應該是這樣算的吧。

色域
色域光的三原色即是紅光、綠光、藍光,任何顯示器包括陰極射線管的電子槍(CRT)、液晶顯示器的發光液晶(LCD)或是發光二極體(LED-backlitght LCD)等,之所以會顯示出多采多姿的畫面,都是靠這三種顏色混合而成的(見圖 http://tinyurl.com/37fcec),這也是國中物理告訴我們的基本觀念,而科學家根據這一原理,混合(描繪)出類三角形的色度圖(見圖 http://tinyurl.com/32mw4w,這張色度圖就是人類可以看得到的顏色範圍,也就是人類可見光的範圍(見圖 http://tinyurl.com/3cx8fp),而早期顯示技術並不那麼先進,所以早期第一個發明電視機的國家─美國,由國家電視系統委員會(National Television System Committee,NTSC)大致制定出基礎的NTSC色域範圍,而後由歐洲廣播聯盟(European
Broadcasting Union,EBU)制定出72% NTSC的色域,之後被所有的彩色電視機採用(見圖 http://tinyurl.com/2x7e44 即綠色CCFL 72%範圍),也就是一直沿用至今的標準。

如今,顯示技術年年突破,已有超出當初制定的72% NTSC的產品,甚至超出NTSC的色域範圍,這就是所謂的「廣色域」(Wide Color Gamut)。[3]


輸入端子
接頭-左起為D-SUB、DVI、HDMI 

插孔-左起為D-SUB、HDMI、DVI

VGA(Video Graphics Array)
VGA端子(其他的名稱包括RGB端子,D-sub 15,或mini D15),是一種3排共15針的DE-15。VGA端子通常在電腦的顯示卡、顯示器及其他設備。是用作傳送類比訊號[4]

DVI(Digital Visual Interface)
DVI的英文全名為Digital Visual Interface,中文稱為「數位視訊介面」。是一種視訊介面標準,設計的目標是透過數位化的傳送來強化個人電腦顯示器的畫面品質。目前廣泛應用於LCD、數位投影機等顯示設備上。此標準由顯示業界數家領導廠商所組成的論壇:「數位顯示工作小組」(Digital Display Working Group,DDWG)制訂。DVI介面可以傳送未壓縮的數位視訊資料到顯示裝置。本規格部分相容於HDMI標準。

DVI接頭除包含DVI標準所規定的數位信號腳位之外也可包含傳統類比訊號(VGA)的腳位,此設計是為了維持DVI的通用性以便不同形式的螢幕可以共用同一種連接線。隨著實作功能的不同,DVI接頭被分成三種類型:

  • DVI-D(僅傳送數位訊號)
  • DVI-A(僅傳送類比訊號)
  • DVI-I(可傳送數位及類比訊號)

此外有實作出第二組DVI鍊路的接頭有時被稱為DVI-DL (dual link).

某些較新型的DVD播放機,電視機(包括HDTV)以及投影機採用了所謂"DVI/HDCP"接頭,這種接頭在外型上完全與DVI相同,但是其傳送的資料有經過HDCP協定所加密以防止非法複製。現今裝有DVI介面顯示卡的電腦經常可利用前述顯示裝置作為大型螢幕之用,但由於2007年之前產製的顯示卡大多不支援HDCP,所以可能會受到版權保護技術的限制而無法以最高解析度播放受到HDCP保護的視訊內容。

此外,DVI-D的類比腳位故意設計得比DVI-I的同樣腳位短,以防止使用者將DVI-I公頭誤插入DVI-D的母座。[5]


HDMI (High Definition Multimedia Interface)
高畫質晰度多媒體介面(英語:High Definition Multimedia Interface,簡稱HDMI)是一種全數位化影像和聲音傳送介面,可以傳送無壓縮的音訊信號及視訊信號。HDMI可用於機頂盒、DVD播放機、個人電腦、電視遊樂器、綜合擴大機、數位音響與電視機。HDMI可以同時傳送音訊和影音信號,由於音訊和視訊信號採用同一條電纜,大大簡化了系統的安裝。[6]




參考資料:
[1] File:Vector Video Standards2.svg
[2] 点距_互动百科
[3] ptt-LCD板
[4] VGA端子
[5] DVI
[6] HDMI

1 則留言:

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